Page 71 - 《精细化工》2022年第11期

第 11 期 余 澎，等: 碳纳米管阵列在电化学中的应用 ·2221·

构，大的比表面积和快速的离子扩散等优点，其大的 当其用于整体水分解时，只需要 1.61 V 的小电池电
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比表面积为负载活性成分提供了条件，活性金属氧化 压即可达到 10 mA/cm 的电流密度。
物与 CNTA 的紧密结合确保了良好的机械稳定性、
导电性及催化活性。WU 等 [57] 提出了一种简便、低成
本的用纳米氧化铈修饰柔性支撑碳布（CC）（CeO x /
NiCo 2S 4 /CC）上的 CNTA 来增强 OER 性能的方法。
制备的 CeO x /NiCo 2S 4 /CC 纳米阵列具有良好的 OER
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活性和优异的耐用性。在电流密度为 10 mA/cm 下具
有超电势（270 mV）。CeO x /NiCo 2 S 4 /CC 纳米阵列不
仅可以提供快速的电子传输，并与基板精准连接，

还可以通过引入 CeO x 纳米粒子来实现缺陷位点和 [61]
电子转移。LI 等 [58] 以 1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯为 图 9 采用微波辅助硒化法合成了三维 CoSe 2 /CNTAs
Fig. 9 Three dimensional CoSe 2 /CNTAs synthesized by
碳/氮源，ZnO 纳米棒为模板和锌源，泡沫镍为衬底 microwave-assisted selenylation [61]
和镍源，采用一步模板法在 NCNTA 上原位生长了 7
高电流密度下的高效电催化剂不仅需要考虑固
个纳米点（记为 Ni 3 ZnC 0.7 /NCNT 阵列），Ni 3 ZnC 0.7 /
有活性，而且还需要考虑表面几何结构。GUO 等 [64]
NCNT 阵列具有良好的析氢和析氧催化活性，CNTA
通过常规的退火反应将 Ni、Co 和 Fe 泡沫原位转化为
的中空结构不仅为 HER 和 OER 反应提供了更多的
金属硫化物（Ni 3S 2、Co 9S 8 和 FeS）泡沫，泡沫的表
催化活性位点，还为气泡提供了有效的释放途径，
面含有由相应的金属硫化物纳米晶体催化的 NCNTA。
为整体分解水提供了一种高效的双功能电催化剂。
XU 等 [59] 将 NiFe 2 O 4 纳米粒子直接固定在垂直排列 原位制备的过渡金属硫化物泡沫由于含有 NCNTA 涂
层，所以具有特殊的超疏水结构，直径<100 μm 的超
的 CNTA 上，开发出一种用于整体水分解的双功能
小气泡可以轻松离开电极表面，从而有效减小了气
NiFe 2 O 4 /VACNT 复合催化剂。微小的 NiFe 2 O 4 粒子
泡超电势，并极大地促进了气体放出特性，因此，这
与 VACNT 相互作用产生了协同效应，提供了高暴
种泡沫可以用作双功能电催化剂，在大电流密度下
露的催化位点、快速的电荷传输、优异的反应物扩 [65]
散和界面渗透。GENG 等 [60] 在碳布上构建 NCNTA 用于整体水分解。BIAN 等 通过简单的三步高温
炭化-磷酸化工艺合成了一种新型的嵌入在 CNTA
作为双功能催化剂用于整体水分解。将其用作双电
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极电解槽时，自支撑电极在 10 mA/cm 的电流密度 中作为双功能催化剂的 NiCoP 纳米微粒（图 10），
独特的纳米豆荚结构及双金属磷化物和 CNTA 之间
下只需要 1.535 V 的电池电压，即使在电流密度>
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100 mA/cm 的情况下，电解槽也显示出优异的电化 的协同效应提供了优异的双功能电化学性能和稳定
学稳定性。ZHANG 等 [61] 将 CoSe 2 通过微波热处理 的结构，可实现有效的整体水分解，并具有低电池
电压和出色的稳定性，优于大多数非贵金属催化剂。
硒化法合成了具有最佳形貌的三维 CoSe 2 /CNTAs

（图 9），CoSe 2 /CNTAs 在酸性电解质中表现出出色
的析氢反应（HER）性能，即使在高电流密度下，
HER 也可以顺利进行。YANG 等 [62] 通过电沉积、立
体组装和自增强催化热解工艺制备出一种无黏结剂
的金属钴嵌入 NCNTA（Co@N-CNT）电极，其用于
水分解的集成非贵金属电催化剂时展现出高效的催化
活性。在碱电解槽中，仅需 1.58 V 即可达到 30 mA/cm 2
的电流密度，其出色的电化学性能主要归因于独特
的 3D 分层管状结构以及每种化学成分的协同效应，

它们提供了一定的活性位点数量，加速了电子/电解 图 10 NiCoP 纳米微粒/CNTA 制备工艺方案 [65]
质的扩散，并提高了电导率、亲水性和结构稳定性。 Fig. 10 Scheme of fabrication process of NiCoP nanoparticles/
[65]
REN 等 [63] 用泡沫镍上生长的 FeNiCo 三金属基 CNTA
NCNTA 作为 HER 和 OER 的高效耐用自支撑电极， 2.3.2 电化学还原 CO 2
三金属 FeNiCo 纳米粒子可以提供更多的协同金属 电化学 CO 2 还原反应通过将温室气体转化为燃
活性中心，互连的 NCNTA 可以提供更有效的电子 料或增值化学品，来缓解严重的全球变暖和能源短
传输通道，导电泡沫镍基底可以降低材料的内阻。 缺问题。直接生长在三维基底上具有催化活性的自